ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РГР.6.0701040.016

Поршневой z -ступенчатый компрессор зарядной станции производительностью G, , наполняя баллоны, сжимает газ по политропе с показателем n до давления P _к, МПа. Начальные параметры газа P ₀, кПа, и t ₀, ° С. Считать значения степеней сжатия для всех ступеней компрессора одинаковыми и, кроме того, после каждой ступени происходит охлаждение газа в холодильнике до начальной температуры t ₀. Вода в холодильнике нагревается на D t _в(теплоемкость воды C _в= 4190 ).

Требуется определить:

· степень сжатия в каждой ступени;

· температуру, давление и удельный объем газа в каждой ступени сжатия;

· теоретическую (без учета потерь и влияния «мертвого» объема цилиндров) мощность, потребляемую компрессором;

· расход охлаждающей воды в холодильнике.

Результаты расчета представить в виде таблиц 4 и 5.

Таблица 1

Исходные данные для расчета

Номер по журналу группы
G, г/с
t 0, °С

Таблица 2

Исходные данные для расчета

Первая буква имени	А, Б,	В, Г	Д, Е	И, К	Л, М	Н, О	П, Р	С, Т	У, Ф, Ш	Ю, Я
P0, кПа
Pz, МПа	4,5					7,5	4,6		6,3
Газ	CO2	O2	B	С2H2	N2	B	CO2	O2	B	N2
z

Примечание: В – воздух.

Таблица 3

Исходные данные для расчета

Первая буква отчества	А, Б,	В, Г	Д, Е	И, К	Л, М	Н, О	П, Р	С, Т	У, Ф, Ш	Ю, Я
n	1,2	1,21	1,24	1,25	1,.23	1,27	1,28	1,29	1,3	1,22
D t в, °С

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РГР.6.0701040.016

Таблица 4

 

Дано:

Вариант: 7

Производительность компрессора:

Температура на входе:

Давление на входе: ;

Давление на выходе: ;

Газ -Углекислый газ ;

Удельная газовая постоянная: ;

Ступени: ;

;

Подогрев охлаждающей воды: ;

Удельная теплоёмкость: .

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РГР.6.0701040.016

Решение:

1. Поскольку после каждой ступени происходит охлаждение газа до начальной температуры, то температуры газа на входе всех ступеней будут одинаковы и равны начальной

Т ₀ = Т _1вх = Т _2вх = Т _iвх = … = Т _zвх = Т _вх.=276К

2. Определяем величину степени сжатия в одной ступени по формуле:

(1.18)

3. Определяем давления на входе и выходе из каждой ступени:

4. Определяем температуру газа на выходе из каждой i -ой ступени до поступления его в теплообменник.

Поскольку значения постоянной политропы сжатия и степеней сжатия по условию задания для всех ступеней одинаковы, то и температуры газа на выходе каждой ступени будут равны:

Т ₁ = = Т _2вых = Т _iвых = … = Т _zвых = Т _вых.

.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РГР.6.0701040.016

5. Определяем удельный объем u _iвх = F (P _i-1, T ₀) газа на входе в i -ую ступень компрессора из уравнения Менделеева-Клапейрона:

 

6. Определяем удельный объем газа u _iвых = F (P _i, T _вых) на выходе из
i -ой ступени компрессора до охлаждения согласно уравнению Менделеева-Клапейрона:

Операции по п.п. 5 и 6выполняются последовательно столько раз, сколько ступеней в данном компрессоре, при этом значение i изменяется от 1 до z.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РГР.6.0701040.016

7. Определяем величину работы l_i, необходимую для сжатия 1 кг газа в одной ступени. Поскольку степени сжатия и производительности ступеней компрессора одинаковы, то и работы, необходимые для сжатия 1 кг газа будут одинаковы для всех ступеней данного компрессора:

 

n=k

8. Определяем величину теоретической (без учета потерь и влияния вредного объема цилиндров) мощности, потребляемую компрессором по формуле.

(1.19)

9. Определяем необходимую мощность холодильника по формуле

(1.21)

10. Определяем расход охлаждающей воды в холодильнике по формуле Расход переводим в м³/с, м³/ч, л/с, л/ч.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РГР.6.0701040.016

(1.20)

.

Результаты термодинамического расчета
многоступенчатого поршневого компрессора

Номер ступени	u,	P, кПа	Т,К
	Вход	0,78
Выход	0,34
	Вход	0,29	704,67
Выход	0,13	702,25
3	Вход	0,11	1867,3
Выход	0,04	1860,96
4	Вход	0,04	4948,5
Выход	0,01	4931,544

Таблица 5

Параметры	Обозначения	Единица измерения	Значение величины
Степень сжатия	2,65	---	---
Мощность компрессора	7562,88	Дж/с	Вт
Мощность холодильника	4406,4	Дж/с	Вт
Расход охлаждающей воды	0,105	кг/с

 

11. Строим на миллиметровой бумаге индикаторную диаграмму компрессора, вычисляем ее площадь и проверяем по ней выполненные расчеты.

Где:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РГР.6.0701040.016

Расчёт по формулам:

1 Ступень

 

2 Ступень

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РГР.6.0701040.016

3 Ступень

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РГР.6.0701040.016

Промежуточные точки

1 Ступень

мм;

мм;

мм;

мм.

2 Стурень

мм;

мм;

мм.

3 Ступень

мм;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РГР.6.0701040.016

мм.

 

Список литературы

1. Судовые вспомогательные механизмы и системы / В.М. Харин и др. - М.: Транспорт, 1992. - 319 с.

2. Допуски и посадки в машиностроении / А.С. Зенкин, И.В. Петко. - К.: Техніка, 1990. - 320 с.

3. Будов, В.М. Судовые насосы. - Л.: Судостроение, 1988. - 432 с.

4. Ермилов В.Г. Теплообменные аппараты и конденсационные установки / В.Г. Ермилов. - Л.: Судостроение, 1974. - 224 с.

5. Копачинский П.А. Судовые охладители и подогреватели жидкостей. - Л.: Судостроение, 1968. - 244 с.

6. Мошенцев Ю.Л. Теплообменные аппараты ДВС. – Николаев: Николаевская областная типография, 2006. – 431 с.

7. Ваншейдт В.А. Конструирование и расчеты прочности судовых дизелей. - Л.: Судостроение, 1969. - 640 с.